Волновыми называются передачи, у которых передача вращательного движения осуществляется путем бегущей волны деформации одного из зубчатых колес.
Рисунок 3.23 – Схема волновой передачи
Волновая передача состоит из жесткого неподвижного колеса 1 с внутренними зубьями; гибкого неподвижного колеса 2 с наружными зубьями и водила h, которое выполнено за одно целое с ведущим валом 5. Водило состоит из овального кулачка и гибкого радиального шарикового подшипника качения 3. Гибкое колесо выполнено в виде стакана из тонкой цилиндрической оболочки, на одном конце которой располагается зубчатый венец, а другой конец соединен с ведомым валом 3.
Делительный диаметр d2 зубчатого венца гибкого колеса меньше делительного диаметра d1 жесткого колеса на размер необходимой деформации δ = d2 – d1 (обычно δ равна высоте зуба).
При сборке редуктора водило h вставляется внутрь гибкого колеса. Так как наружный диаметр водила больше внутреннего диаметра обода гибкого колеса на величину δ, то зубчатый венец деформируется, принимая форму овала. При этом зубья гибкого колеса z2 входят в зацепление с зубьями неподвижного колеса z1 в двух противоположных зонах. При вращении водила деформация венца гибкого колеса перемещается по окружности в виде двух бегущих волны. Поэтому передача называется волновой, а водило - генератором волн. Вращение генератора волн вызывает вращение гибкого колеса, которое вращает ведомый вал.
Преимущества:
- большое передаточное число (63 ÷ 400);
- малая масса и высокая нагрузочная способность при малых габаритах;
- низкие нагрузки на валы и опоры.
- высокий к.п.д. (до 0,9);
- малый шум при работе;
- возможность передачи движения в герметизированное пространство.
Недостатки:
- сложность изготовления гибкого колеса и генератора волн;
- сравнительно низкий срок службы редуктора (до 10 тыс. часов).
Область применения:
Серийно выпускается в США, России (ГОСТ 23108 – 78), Японии и в других странах. В России волновые редукторы используются в космической технике, ядерной энергетике, химической промышленности и в общем машиностроении.
Передаточное число волновой передачи определяется также как для планетарной передачи, по уравнению Виллиса:
,
(3.114)
где ωh и ω2 – угловые скорости водила и гибкого колеса.
Из этого выражения следует, что передаточное число зависит не от числа зубьев, а от величины δ, или разности диаметров колес. Знак минус в этом выражении свидетельствует о противоположном вращении ведущего и ведомого звена.
Разность чисел зубьев колес должна быть равна или кратна числу волн, т. е.
,
(3.115)
где Ккр = 1, 2, ...- коэффициент кратности; U – число волн.
Для изготовления гибких колес используют стали марок 30ХГСА, 40ХН2МА и другие конструкционные стали повышенной вязкости. Заготовками могут быть бесшовные горячедеформированные трубы. Жесткие колеса изготавливаются из сталей марок 50, 60, 40Х и др.
Основные критерии работоспособности: прочность гибкого колеса; прочность гибкого подшипника и генератора волн; жесткость генератора и жесткого колеса; износ зубьев. Наиболее уязвимым является гибкое колесо, поэтому при расчете на прочность определяют главный параметр волновой передачи – внутренний посадочный диаметр гибкого колеса.
Вопросы к главе 3
1. Каковы основные достоинства и недостатки зубчатых передач по сравнению с другими передачами?
2. По каким признакам классифицируются зубчатые передачи?
3. Почему эвольвентное зацепление имеет преимущественное применение?
4. Что называется шагом и модулем зубчатого зацепления?
5. Какие факторы влияют на степень точности изготовления зубчатых колес?
6. В чем сущность усталостного выкрашивания и усталостной поломки зубьев?
7. Почему в закрытых передачах усталостное выкрашивание является основным видом разрушения зубьев?
8. Почему заедание характерно для высокоскоросных, тяжелонагруженных передач?
9. Какие материалы и почему применяют для изготовления колес?
10. Как влияет расположение колес относительно опор, их ширина и свойства материала на работоспособность зубчатых передач?
11. Почему твердость поверхности зубьев оказывает основное влияние на контактную прочность?
12. Почему цилиндрические зубчатые передачи рассчитываются по формуле Герца?
13. Какие параметры, входящие в формулу Герца, оказывают основное влияние на размеры зубчатых колес?
14. Какие допущения используются при расчете зубьев на изгибную прочность?
15. Что учитывает коэффициент формы зуба и почему он уменьшается с ростом их числа?
16. Почему ширину венца шестерни делают больше ширины венца колеса?
17. Какими преимуществами косозубая цилиндрическая передача обладает по сравнению с прямозубой и чем это обусловлено?
18. Как влияет на работу косозубой передачи изменение угла наклона зубьев, и какие существуют ограничения на его значение,
19. Какие усилия возникают в зацепление косозубых колес,
20. Какими достоинствами и недостатками обладают конические зубчатые передачи,
21. Является ли модуль зацепления постоянной величиной для конических передач?
22. С учетом значений какого модуля производится расчет на прочность, и определяются усилия в зацеплении конических колес?
23. Что такое эквивалентные колеса и как вычисляется их параметры для косозубых цилиндрических и конических колес?
24. Как распределяется нагрузка по длине зуба конических колес и как это влияет на его нагрузочную способность?
25. Какими достоинствами и недостатками обладают червячные передачи по сравнению с цилиндрическими?
26. Почему червячные передачи не рекомендуется применять при больших мощностях?
27. Из каких соображений выбирают число заходов витков червяка?
28. Назовите основные факторы, влияющие на к.п.д. червячной передачи?
29. За счет чего в червячной передаче реализуется эффект самоторможения?
30. Какие силы действуют в зацеплении червяка и колеса и куда они направлены?
31. Какие основные виды разрушения зубьев червячного колеса?
32. Из какого материала и почему изготавливают червяк и венец червячного колеса?
33. Почему для червячных передач опасен перегрев?
34. Какие резьбы и почему применяют для передачи винт-гайка?
35. Почему передачи винт-гайка выполняют самотормозящими?
36. Чем объясняется большой выигрыш в силе в передаче винт-гайка?
37. Почему число витков резьбы в гайке имеет ограничения?
38. По какому критерию работоспособности рассчитывается передача винт-гайка?
39. Какие основные достоинства планетарных передач?
40. Каков принцип действия планетарных передач?
41. От чего зависит передаточное число планетарных передачи?
42. Какие основные достоинства волновых передач?
43. Каков принцип действия волновых передач?
44. От чего зависит передаточное число волновой передачи?
Введение к главе 4
Ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени привода, устанавливая ведущий шкив на вал двигателя. В этом случае ее габариты и масса оказываются сравнительно небольшими.
Ременные передачи применяют для передачи мощностей до 50 кВт, окружных скоростях до 50 м/с, максимальном передаточном отношении до 6 и допускаемой кратковременной перегрузке до 300 %. В настоящее время в основном используют клиноременные передачи.